IP-pijlers voor digitale cinema

Barco’s vierde generatie van digitale cinemaprojectoren onderscheiden zich onder meer door een ingebouwde mediaserver. Een opmerkelijke ontwikkeling, mede mogelijk gemaakt door de robuuste en snel te integreren IP-blokken van dochter Barco Silex.

Onlangs bracht Barco de vierde generatie projectoren voor digitale cinema op de markt. Hart van de systemen is de Barco Alchemy-module. Dit is een cinemaprocessorbord en een mediaserver ineen. Het is voor het eerst dat de mediaserver is ingebouwd in de projector. Geen aparte hardware en bekabeling meer, en tegelijk een beter geïntegreerde beveiliging, wat een plus is tegenover filmproducenten.

Tijdens de recente Cinemacon-beurs in Las Vegas kondigde Barco bovendien aan dat de nieuwe projectoren geslaagd zijn voor het DCI-examen. DCI (Digital Cinema Initiatives) is een joint venture van de grote Amerikaanse filmstudio’s waarin zij gezamenlijk de technische specificaties hebben opgesteld voor digitale cinema. Deze hebben onder meer betrekking op de compressie, de beveiliging en het formaat van de digitale media, maar bijvoorbeeld ook op de kwaliteit van de projectieomgeving.

In Barco’s nieuwe Alchemy-blok zitten drie harde schijven in Raid-5-modus, waarop de versleutelde en gecomprimeerde film wordt geladen. Van daar streamt het systeem de content direct naar het scherm, zonder tussentijdse opslag. Onderweg passeert de bitstroom door een Altera-FPGA, die de authenticatie, decryptie en decompressie van de beelden verzorgt. ‘Voor alle drie deze functies hebben wij de IP-blokken geleverd’, zegt Geert Decorte, commercieel directeur van Barco Silex.

Théodore Maresceau, Barco’s productmanager voor digitale cinema, sprak voor de pers vol lof over de snelheid en het gemak waarmee de verschillende IP-blokken zijn geïntegreerd en het competitief voordeel daarvan voor zijn bedrijf. ‘Maar behalve dat onze video- en cryptoblokken eenvoudig zijn te integreren, zijn ze ook klaar voor de toekomst van videoprocessing en -projectie’, stelt Decorte. ‘We zijn bijvoorbeeld de eersten die 4K-projectie implementeren aan 48 en 60 frames per seconde, waarbij we data gecomprimeerd streamen met een snelheid van 625 Mb/s.’

Scherpere kijkervaring

Voor beeldcompressie schrijft DCI het gebruik voor van Jpeg 2000. Deze opvolger van Jpeg biedt onder meer een veel betere beeldcodering, een grote kleurdiepte van de pixels (12 bits per kleur), een hoge resolutie met een groot aantal beeldcomponenten, een progressieve opbouw van de beelden, alsook foutresistentie en beveiliging. Jpeg 2000 is nu al de meest gebruikte compressiestandaard in digitale cinema en dringt ook door in andere sectoren waar superieure beeldkwaliteit belangrijk is, zoals medische beeldvorming, cartografie en beveiliging.

‘Jpeg 2000 is kwalitatief veel beter dan Jpeg, maar tegelijk veel complexer om te implementeren’, aldus Jorgen Vandewoestijne, de projectleider die bij Barco Silex de Alchemy-ontwikkeling in goede banen leidde. ‘Direct na de formulering van de standaard zijn we begonnen met een referentie-implementatie. Daardoor hebben we vandaag performante en complete IP-blokken voor Jpeg 2000 in huis, met alle functionaliteit die digitale cinema en beeldverwerking vereisen.’

Een voorbeeld is de opbouw van de beelden. Jpeg 2000 schrijft hiervoor het gebruik van lagen voor, zodat elk plaatje progressief wordt opgebouwd van een lagere resolutie tot een groot beeld in maximale resolutie. Dat maakt eenzelfde stream geschikt voor projectie op verschillende displays: kleinere schermen tonen bijvoorbeeld enkel de eerste drie lagen. Om de DCI-specificatie van 2K-projectie te volgen, zijn zo vijf lagen nodig. Voor 4K-projectie vraagt DCI er zes, wat Barco Silex vandaag al in zijn Alchemy-implementatie heeft zitten.

‘4K-projectie geeft een verdubbeling van het aantal pixels in de hoogte en de breedte. Je krijgt dus viermaal meer pixels op een scherm’, verduidelijkt Vandewoestijne. ‘Dat betekent dat je op grotere schermen kunt projecteren, of dat je de kijker dichter bij een scherm, midden in de actie kunt zetten.’

Bovendien combineert Barco Silex de 4K-projectie met een hoge beeldsnelheid, tot 60 beelden per seconde bij gebruik van een enkel kanaal en 30 beelden per seconde voor twee kanalen (nodig voor 3D-projectie). ‘Voor filmliefhebbers betekent dat in de toekomst een veel scherpere kijkervaring’, voorspelt Vandewoestijne. ‘Bij de traditionele snelheid van 24 frames per seconde zie je bij hoge resolutie nog een vaagheid in de snelle bewegingen op het scherm. Met 48 of 60 frames valt die beperking weg en krijg je de volledige scherpte van 4K-projectie. Maar 4K-projectie aan 60 frames maakt wel dat onze implementatie realtime een grootteorde meer pixels moet kunnen verwerken.’

Het grotere aantal pixels gecombineerd met een paar andere aardigheden van Jpeg 2000 geeft een aantal verrassende toepassingen. Zo kunnen productiehuizen bijvoorbeeld een volledig voetbalveld filmen met één camera en tegelijk op details inzoomen met voldoende beeldkwaliteit. Of scheidsrechters kunnen een actie beeld voor beeld bekijken en genoeg details zien om beslissingen te nemen over een spelfase.

De DCI-specificatie schrijft ook een sterke authenticatie en versleuteling van de video en audio voor. Omdat de film nergens onbeveiligd mag worden opgeslagen, moeten die processen ook realtime gebeuren op de bitstroom. ‘Onze crypto-engine is krachtig genoeg voor de hoge eisen van deze toepassing, en heeft tegelijk een kleine voetafdruk op de FPGA’, legt Vandewoestijne uit. ‘Voor de Alchemy-module gebruiken we HMAC-authenticatie en AES-versleuteling. Aangezien er geen aparte mediaserver meer is, bewaren we de sleutel nu op de projector zelf. Zowel onze cryptomodules als het volledige Alchemy-blok hebben we FIPS 140-2-gecertifieerd.’

Naast de compressie en cryptografie bevat de Altera-FPGA op het Alchemy-bord nog een aantal IP-blokken van Barco Silex die essentieel zijn voor de totale performance van het systeem. Vandewoestijne preciseert: ‘Het gaat met name over de DDR3-geheugencontroller en de PCI Express-interface. Die controller hebben we bijvoorbeeld speciaal ontwikkeld voor gebruik met Jpeg 2000. De Jpeg 2000-videocompressie schrijft en leest namelijk op een vrij onvoorspelbare manier in het geheugen; onze controller hebben we daarvoor geoptimaliseerd.’

Verliefd

‘In het Jpeg 2000-blok zitten meerdere jaren aan ontwikkeling’, weet Geert Decorte. ‘Dus komen bedrijven die een kwalitatieve video-oplossing willen bouwen en die dat sneller willen doen dan de concurrentie automatisch uit bij de aanschaf van IP-blokken. Maar daar kan het misgaan: ze kopen zwarte dozen waarvan de performance pas na integratie bekend is, die ze slechts met de grootste moeite kunnen inbouwen en waarvan ze niet weten hoe ze die moeten testen.’

‘Als IP-provider hebben wij een andere kijk op IP-implementaties’, gaat Decorte verder. ‘Die is natuurlijk mee ingegeven door de eisen van ons moederhuis Barco. We streven ernaar om onze blokken zo te maken dat ze uiterst eenvoudig te integreren zijn. Bovendien bevatten al onze oplossingen uitgebreide routines om ze te testen in de toepassing zelf, en niet alleen in simulatie.’

‘Hoewel de meeste van onze klanten ons leren kennen en appreciëren via onze IP-blokken, blijft het daar meestal niet bij’, besluit de commercieel directeur. ‘Omdat we ons IP zelf hebben ontworpen, kunnen we als geen ander bijkomende diensten leveren, en uiteindelijk ook volledige oplossingen ontwerpen, van idee tot silicium. Zo zien we klanten die ontdekken wat we allemaal voor hen kunnen doen, verliefd op ons worden en telkens terugkomen.’